论文部分内容阅读
大型剪板机是机械制造工业中的重要设备。在许多行业中都要使用金属板壳，特别是汽车行业需求量庞大，车型个性化、生产规模化以及覆盖件大型一体化。由于很多剪板加工设备服役环境的特殊性，尤其是处于热剪状态下的剪床刀片是对800～1000℃左右的初轧钢铁厂的钢料实施剪切下料，除要求有一定硬度外，还应有较高的红硬性、耐磨性以及较好的韧性。热剪刀片的热稳定性是直接影响刀具使用寿命的重要因素。 激光冲击强化生成的残余压应力能提高金属材料表面的疲劳强度及疲劳寿命，能够有效抑制疲劳裂纹的形成和扩展，然而在中高温工作条件下残余应力会发生松弛，从而减弱激光冲击强化效果。所以研究激光冲击强化对处于中高温下的热剪刀具的热稳定性很重要。本文运用有限元模拟和实验研究相结合的研究方法，对激光冲击强化热剪刀具材料6CrW2Si钢残余应力热松弛过程进行了研究分析，主要研究内容和成果如下: (1)利用ANSYS/LS_DYNA有限元分析软件，对激光冲击强化热剪刀具6CrW2Si钢残余应力场建立有限元模型，并进行了有限元数值分析。从模拟中冲击应力波的传播以及模型各能量的变化为出发点，分析论证了模拟的合理性，分析了热剪刀具6CrW2Si钢残余应力场的模拟结果。 (2)利用有限元模拟分析了激光冲击强化6CrW2Si钢残余压应力在300℃、400℃、500℃、600℃温度下的变化特性，主要分析了保温温度以及保温时间对残余应力及残余应力热松弛的影响。研究表明:在既定的温度下，6CrW2Si钢的残余压应力会发生热松弛，松弛速率在起始的30min时内较快。在25℃～600℃温度范围内，随着温度的升高，松弛速率变大，温度大于600℃后，松弛速率逐渐变小，最后趋于稳定。保温温度对残余应力的热松弛影响要比保温时间产生的影响明显。运用有限元数值模拟方法分析了激光冲击参数对激光冲击强化处理6CrW2Si钢残余应力的影响。 (3)通过实验探讨了300℃～600℃范围内的热处理对激光冲击强化处理6CrW2Si钢残余应力的影响特性，对6CrW2Si钢的硬度进行了研究分析。结果表明:实验测得的数据和模拟得到的数据有良好的一致性。残余应力松弛速率在起始的30min内较大，随着温度的升高，松弛速率逐渐增大。在600℃的时候仍剩余一些残余压应力，经过保温30min后6CrW2Si钢的残余应力场分布更均匀。 (4)将激光冲击强化技术运用到大型剪板机的热剪刀具的实际生产中。生产应用表明，未经过激光冲击强化的热剪刀具在1600吨热剪机上工作只能持续5天，并且在每个刃口处，剪切不到1500次就会软化变形并且产生严重的磨损。经过激光处理后，热剪刀具能够持续工作达10～13天，并且刃口的工作次数也由原来的1500次增加到4000次左右。